摘  要： 設(shè)計了一種指揮調(diào)度通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于一種由單色單模雙芯光纜和XTYL120光傳輸多通道數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，能夠提供靈活的機動組網(wǎng)方案，在應(yīng)急或野戰(zhàn)條件下可以利用現(xiàn)場的有線電話、光纖等設(shè)備接入臨時網(wǎng)絡(luò)，采用 和阻塞模式下的Indy技術(shù)開發(fā)了指揮調(diào)度通信系統(tǒng)軟件，可以對各種應(yīng)急現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)控，掌握現(xiàn)場音/視頻、數(shù)據(jù)等信息，發(fā)布調(diào)度指揮命令。
關(guān)鍵詞： 光端機；指揮調(diào)度；野戰(zhàn)輸油管線；Indy；阻塞模式

    無論是在軍事領(lǐng)域中的野戰(zhàn)條件下，還是和平時期應(yīng)急響應(yīng)的狀況中，指揮調(diào)度都顯得尤為重要。在日常生活中，處理大型公共的突發(fā)事件時，往往需要多個部門之間相互配合，跨地區(qū)、跨省市的協(xié)調(diào)工作，需要指揮調(diào)度發(fā)揮很好的作用。在信息化高速發(fā)展的今天，就需要利用現(xiàn)代化的通信手段，充分發(fā)揮各種通信工具的優(yōu)勢，靈活組合、高效暢通地完成調(diào)度指揮。當(dāng)前的固定電話網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)很成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域也很廣，在應(yīng)急條件下很好地利用固定電話網(wǎng)絡(luò)及時提取和傳輸實時的音、視頻信息，是一個不錯的選擇。同時，考慮到移動性的特點，使通信人員可以機動地隨時隨地進行組網(wǎng)通信，必須研制一種能夠方便接入各種傳輸媒介，并能接入固定電話網(wǎng)絡(luò)的、具有信息傳輸功能的終端設(shè)備去配合調(diào)度指揮人員組網(wǎng)，如此靈活、高效、智能的指揮調(diào)度通信系統(tǒng)可以平行地應(yīng)用在突發(fā)大型公共事件、軍事等領(lǐng)域中。這種類型的指揮調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)將有很好的應(yīng)用前景。
1 系統(tǒng)設(shè)計思想及應(yīng)用背景
    為了使指揮調(diào)度通信系統(tǒng)的設(shè)計更具有針對性，系統(tǒng)的設(shè)計考慮了野戰(zhàn)條件下管線輸油對通信系統(tǒng)的要求。下面以野戰(zhàn)管線輸油調(diào)度指揮為應(yīng)用背景，說明系統(tǒng)的設(shè)計思想及設(shè)計依據(jù)。
    野戰(zhàn)輸油管線系統(tǒng)是后勤油料輸送裝備，具有機動、高效、輸送量大等優(yōu)點，在軍事后勤領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。如何發(fā)揮野戰(zhàn)條件下使用管線輸油的優(yōu)點，使其更好地為戰(zhàn)事服務(wù)，指揮調(diào)度通信系統(tǒng)的實時、高效、安全、便攜，控制管理的準(zhǔn)確可靠成為整個管線輸油的關(guān)鍵。
    野戰(zhàn)條件下輸油管線鋪設(shè)完畢，正式輸油過程中需要對運行參數(shù)進行實時監(jiān)控和調(diào)整，以便及時判斷和排除故障。戰(zhàn)時的野外條件惡劣，調(diào)度指揮命令的上傳下達，始終是一個瓶頸，軍內(nèi)外通常使用現(xiàn)場鋪設(shè)的野戰(zhàn)軸油管線作為通信的主要載體。由于管線站間距離的實際應(yīng)用長度變化較大，人工鋪設(shè)線路在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)各種問題，也消耗大量人力物力。地方和部隊的光纜通信干線資源豐富，通信質(zhì)量好，線路維護力量強大，能夠應(yīng)用光纜網(wǎng)絡(luò)進行可視調(diào)度、電話互通、微機數(shù)據(jù)上傳。因此，研制一種以光纖通信為基礎(chǔ)，能夠保留多種傳輸媒介接口，接入民用通信網(wǎng)絡(luò)(包括固話和無線網(wǎng)絡(luò))的終端便攜設(shè)備，進行多種方案的高效、機動組網(wǎng)，形成調(diào)度指揮通信系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，成為設(shè)計的主要思路[1]。
2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)拓撲
    指揮調(diào)度通信系統(tǒng)主要由現(xiàn)場通信設(shè)備、光端機設(shè)備、機動組網(wǎng)方案、指揮調(diào)度通信軟件四大部分組成，系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1所示。本系統(tǒng)使用光纜作為主要信息傳輸媒介，由XTYL120光傳輸及轉(zhuǎn)換設(shè)備構(gòu)成具有寬帶接入能力及其他多種功能的高速信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。每個站點間的傳輸距離不小于40 km。

    現(xiàn)場通信設(shè)備指有線電話，在調(diào)度指揮通信系統(tǒng)的設(shè)計中，只要具備民用有線電話就可以進行臨時組網(wǎng)，根據(jù)野戰(zhàn)輸油管線鋪設(shè)運行的整體要求，整個系統(tǒng)涉及到N個泵站值班室、1個輸油調(diào)度指揮中心和機動的上級作戰(zhàn)指揮部。光端機設(shè)備設(shè)計為多種型號，包括局端機(調(diào)度中心使用)、遠端機(泵站用)、迷你端機(指揮首長使用)等設(shè)備。光端機設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，通過RS232口與網(wǎng)管PC連接。在幾種型號的光端機設(shè)備的研制開發(fā)基礎(chǔ)上設(shè)計機動組網(wǎng)方案，野戰(zhàn)輸油管線的鋪設(shè)運行要根據(jù)現(xiàn)場情況臨時開設(shè)，多種型號的光端機設(shè)備為靈活組網(wǎng)提供了可靠保證。
    以圖1的組網(wǎng)方案為例：開設(shè)XX輸油調(diào)度指揮中心1個，使用局端機型號可以進行最多18路專線電話信號的全時雙工傳輸，可接入光纜。開設(shè)泵站值班室N個(N<16)，根據(jù)值班室通信需求使用遠端機，支持2路電話MODEM接口。前方指揮部可以使用迷你便攜式光端機，通過有線電話設(shè)備接入輸油調(diào)度指揮專用網(wǎng)絡(luò)，隨時隨地處理監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行[2]。
2.2 指揮調(diào)度通信軟件設(shè)計
    本軟件應(yīng)該具有通信調(diào)度指揮的功能，用于泵站與泵站之間、泵站與調(diào)度中心之間、調(diào)度中心與指揮部之間進行實時互通信息、收發(fā)命令、調(diào)度指揮、提示報警、數(shù)據(jù)存儲等功能。選用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)非常有利于發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢，因此軟件設(shè)計基本可以分為調(diào)度中心指揮控制軟件和泵站實時監(jiān)控軟件兩部分，軟件的界面設(shè)計如圖2所示。調(diào)度中心軟件基本功能包括：(1)接收來自各個泵站的數(shù)據(jù)(最多接收17個站)，包括各種輸油工況的參數(shù)，例如：總輸油量、累計流量、瞬時流量、油品等，每泵站只發(fā)給相鄰的泵站，事故發(fā)給全線泵站，文字命令發(fā)給全線泵站。(2)向上級指揮部發(fā)送基本信息，與各個泵站、指揮部之間進行通信，包括發(fā)送指令、上報情況。(3)數(shù)據(jù)存儲功能、查詢功能、打印報表功能。(4)報警功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究
3.1 光端機設(shè)計
    研制的便攜設(shè)備能為用戶提供多路指揮調(diào)度全時雙工熱線電話通道和多路運行參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送通道。使作業(yè)各單位與各單位之間，各單位與指揮部之間不再僅僅只是原來傳統(tǒng)的簡單專線低速數(shù)據(jù)傳遞和話音聯(lián)絡(luò)，而是將整個作業(yè)現(xiàn)場各單位的實時運行參數(shù)、話音聯(lián)絡(luò)、以及文字調(diào)度指令、實時控制參數(shù)等經(jīng)過計算機處理的大量信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)進行高速傳遞相互交換。
    由于研制的光端機設(shè)備必須具有多種傳輸媒介接入輸出的功能，調(diào)度指揮通信需要使用各種通信設(shè)備，將各種通信接口連接到終端集成設(shè)備上，如圖3所示。根據(jù)接入接出各種傳輸媒介的要求，光端機終端集成設(shè)備的芯片為YLXT系列專用通信系統(tǒng)芯片，數(shù)據(jù)、話音的接入、傳輸和交換都集成在芯片中。系統(tǒng)由單色單模雙芯光纜和XTYL120光傳輸(光端機)、接口轉(zhuǎn)換設(shè)備及其他附屬設(shè)備構(gòu)成，形成25 MHz光傳輸多通道數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)硬件。選用了專用4芯光電轉(zhuǎn)換卡、電話線電路板卡、網(wǎng)口板卡等器件支持終端設(shè)備開發(fā)[3]。

    XTYL120光端機是整個系統(tǒng)的核心設(shè)備，它完成了從光電變換到信令收發(fā)、多通道數(shù)據(jù)傳輸及信道分/復(fù)接等全部工作。它可以為系統(tǒng)提供2條專用熱線話音，8對2 MHz高速數(shù)據(jù)傳送，8對64 kHz低速數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道鏈路。根據(jù)需求由XTYL120光端機配接相應(yīng)的接口變換電路模塊，即可組成所需的光網(wǎng)終端設(shè)備。指揮調(diào)度通信系統(tǒng)設(shè)計了3種機型：遠端機(光網(wǎng)端機XTYL120A)、中繼機(光網(wǎng)端機XTYL120B)、局端機(光網(wǎng)端機XTYL120C)，其中局端機是指揮調(diào)度中心使用的調(diào)度機，具有很強的設(shè)備資源擴展能力。局端機的內(nèi)部模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖4所示。

    XTYL120A和XTYL120B適用于沿途聯(lián)絡(luò)站點，它最終為各站點提供：2個熱線電話接口(可接通4條話音通道)、2個以太網(wǎng)接口(用于視頻語音圖像傳輸或計算機寬帶接入)、1個RS232接口，XTYL120B具有跨站轉(zhuǎn)接能力。XTYL120A遠端機內(nèi)部模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖5所示[4]。

    光端機設(shè)計特點如下：
    (1)集數(shù)據(jù)、話音業(yè)務(wù)于一體，集接入、傳輸、交換(叉)于一體。可自組成專網(wǎng)也可以利用公網(wǎng)組成虛擬專網(wǎng)。
    (2)數(shù)據(jù)、話音的接入、傳輸、交換(叉)集成在芯片內(nèi)，體積小、重量輕、功耗低。一些外圍的電路以及一些交換功能等全部集成在芯片，既降低了成本又縮小了體積，避免了軟件的占用時間長及開發(fā)周期長的缺點。
    (3)傳輸線路具有可備份自動保護功能，當(dāng)一處設(shè)備被毀壞自動轉(zhuǎn)換到其他路徑傳輸，不同傳輸媒介之間自動切換，保證信息傳輸?shù)挠行Э煽俊?br /> 3.2 Indy開發(fā)阻塞模式通信軟件
    指揮調(diào)度通信軟件的開發(fā)建立在硬件條件的基礎(chǔ)上，由于光端機的研制，既降低了軟件開發(fā)的成本，又減少了開發(fā)周期。設(shè)備提供的以太網(wǎng)接口和光纖通道，為通信監(jiān)控軟件的開發(fā)提供了便利。選用合適的關(guān)鍵技術(shù)，就能開發(fā)出高效、安全、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信軟件。
    在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實時采集功能的開發(fā)中，本系統(tǒng)采用了Indy(Internet Direct)技術(shù)。根據(jù)通信設(shè)備組網(wǎng)系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，采用TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計通信鏈路。由于采用了星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，突出了網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)備的重要性，因此很自然地選擇了C/S模式進行Client端(泵站)與Sever端(調(diào)度中心)之間的信息互通，這就要求用多線程技術(shù)解決幾個泵站同時與調(diào)度中心請求連接的問題，基于此，采用了Indy控件配合編寫多線程代碼[5]。
    Indy是一套開放源代碼的Internet控件集，是完全基于SOCKET阻塞工作模式的開發(fā)庫，涵蓋了幾乎所有流行的Internet協(xié)議。Indy是阻塞式(Blocking)的，與通常的Winsock編程方法不同，Indy使用了阻塞式Socket調(diào)用方式。阻塞式訪問更像是文件存取，當(dāng)讀取數(shù)據(jù)或是寫入數(shù)據(jù)時，讀取和寫入函數(shù)將一直等到相應(yīng)的操作完成后才返回。例如，發(fā)起網(wǎng)絡(luò)連接只需調(diào)用Connect方法并等待它返回，如果該方法執(zhí)行成功，在結(jié)束時就直接返回，如果未能成功執(zhí)行，則會拋出相應(yīng)的異常。同文件訪問不同的是，Socket調(diào)用可能會需要更長的時間，因為要讀寫的數(shù)據(jù)可能不會立即就能準(zhǔn)備好，這在很大程度上依賴于網(wǎng)絡(luò)帶寬[6]。
    阻塞式Socekt通常都采用線程技術(shù)，Indy也是如此。從最底層開始，Indy的設(shè)計都是線程化的。因此利用Indy創(chuàng)建服務(wù)器和客戶程序與在Unix下十分相似，并且Delphi的快速開發(fā)環(huán)境和Indy對WinSock的良好封裝使得應(yīng)用程序創(chuàng)建更加容易。
    以野戰(zhàn)輸油調(diào)度指揮通信系統(tǒng)為例，假設(shè)一套完整的輸油管線最多包括15個泵站，1個供油泵站。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性、通信鏈路的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)采集的實時性，采用了阻塞模式下Indy的多線程技術(shù)。即調(diào)度中心Server端啟動后始終處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待泵站Client端發(fā)出連接請求，采用“實時上線實時通知”的方式，當(dāng)Server端接收到請求后立即為客戶開辟一個新的線程。這樣，每個泵站都與調(diào)度中心建立有固定的連接通道，直至泵站請求斷開連接或者線程異常終斷。在每個線程存續(xù)期間都用來處理專門的客戶事件。
    圖6為Indy服務(wù)器的工作原理。Indy服務(wù)器組件創(chuàng)建一個同應(yīng)用程序主線程分離的監(jiān)聽線程來監(jiān)聽客戶連接請求，對于接受的每一個客戶，都創(chuàng)建一個新的線程來為該客戶提供服務(wù)，所有與這一客戶相關(guān)的事務(wù)都由該線程來處理。

    本文設(shè)計的指揮調(diào)度通信系統(tǒng)在前端設(shè)計研制了網(wǎng)絡(luò)配套的光傳輸硬件設(shè)備，包括3種型號的光端機，能夠為野戰(zhàn)條件下管線輸油調(diào)度指揮的通信網(wǎng)絡(luò)提供多種配套解決方案。同時，這種移動靈活的組網(wǎng)方式還可以平行地應(yīng)用于大型突發(fā)公共事件的應(yīng)急指揮調(diào)度組網(wǎng)中。利用阻塞模式開發(fā)的調(diào)度指揮通信軟件具有很強的針對性，雖然對于不同的應(yīng)用需求需要一定程度的調(diào)整與完善，但是Indy網(wǎng)絡(luò)控件技術(shù)的使用大大縮短了開發(fā)周期，使光端機設(shè)備靈活組網(wǎng)的優(yōu)勢得到進一步鞏固。該調(diào)度指揮通信系統(tǒng)方便實用，具有較高的經(jīng)濟效益和廣泛的應(yīng)用前景。
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